電子測量與儀器

電子測量與儀器第一頁，共二十七頁，2022年，8月28日緒論知識要點：

什么是測量呢？測量有什么意義啊？怎么進行測量啊？第二頁，共二十七頁，2022年，8月28日測量:“沒有測量，就沒有科學”。第三頁，共二十七頁，2022年，8月28日

測量:利用合適的工具（測量儀器），確定某個給定對象（測量對象）在某個給定屬性（物理量)上的量的程序或過程。測量四要素:1、測量對象:它是客觀世界中所存在的事物或者現(xiàn)象2、測量內(nèi)容:即測量客體的某種屬性或特征。3、測量法則:具體的操作程序和區(qū)分不同特征或?qū)傩缘臉藴省?、測量結(jié)果：數(shù)字和符號，即用來表示測量結(jié)果的工具。第四頁，共二十七頁，2022年，8月28日電子測量：1、廣義的電子測量是指利用電子技術進行的測量。非電量的測量屬于廣義電子測量的內(nèi)容，可以通過傳感器將非電量變換為電量后進行測量。2、狹義的電子測量是指對電子技術中各種電參量所進行的測量。

例：電流、電壓、頻率、功率等

第五頁，共二十七頁，2022年，8月28日課程目錄第1章電子測量和儀器的基本知識

第2章測量用信號發(fā)生器第3章電壓測量與電壓表第4章波形測試與儀器第5章頻域測量與儀器第6章電子元器件測量與儀器第7章頻率和時間測量與儀器第8章數(shù)據(jù)與測量與儀器第9章智能測試儀器與系統(tǒng)第六頁，共二十七頁，2022年，8月28日課程目標1、了解各種常見的電子測量儀器的原理2、掌握各種常見的電子測量儀器的使用方法3、掌握測量數(shù)據(jù)的處理方法4、完成實驗報告第七頁，共二十七頁，2022年，8月28日第1章電子測量與儀器基本知識第八頁，共二十七頁，2022年，8月28日內(nèi)容提要＊本章主要介紹學習本課程必備的基本知識。＊本章內(nèi)容主要有：●電子測量的內(nèi)容、特點和基本方法；●測量誤差的來源、分類和表示方法；●有效數(shù)字的概念和測量結(jié)果的處理；●電子測量儀器有關知識。第九頁，共二十七頁，2022年，8月28日1.1電子測量概述1.電子測量的意義測量目的：依據(jù)一定的理論，通過實驗的方法取得用數(shù)值和單位共同表示的被測量的結(jié)果。以便用于科研、指導生產(chǎn)等。1.1.1電子測量的意義及內(nèi)容第十頁，共二十七頁，2022年，8月28日2.電子測量的內(nèi)容電子測量特點：頻率范圍寬、量程廣、精確度高、測量速度快、易于實現(xiàn)遙測搖控等。狹義電子測量內(nèi)容：（1）能量：電流、電壓、功率、電場強度等。（2）電路參數(shù)：電阻、電感、電容、品質(zhì)因數(shù)等。（3）信號特性：頻率、周期、相位、調(diào)制系數(shù)等。（4）電子設備性能：通頻帶、放大倍數(shù)等。（5）特性曲線：幅頻特性、相頻特性等。第十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日1.按照測量性質(zhì)分類（1）時域測量：測量與時間有函數(shù)關系的量。（2）頻域測量：測量與頻率有函數(shù)關系的量。（3）數(shù)字域測量：對數(shù)字邏輯量進行的測量。（4）隨機量測量：對噪聲、干擾信號等的測量。2.按照測量手段分類（1）直接測量：借助測量儀器可直接獲得測量結(jié)果。（2）間接測量：先直接測量幾個與被測量有函數(shù)關系的物理量，然后通過公式計算或查表等求出被測量。（3）組合測量：以直接測量和間接測量為基礎。測量過程：1）需要改變測量條件多次測量。2）按照函數(shù)關系組成聯(lián)立方程組并求解得出有關未知量。3）將未知量代入函數(shù)式而得出測量結(jié)果。1.1.2電子測量方法第十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日其他電測方法：人工測量和自動測量；動態(tài)測量和靜態(tài)測量；精密測量和工程測量；低頻測量、高頻測量和超高頻測量等。測量方法選擇規(guī)則：

測量時應對被測量的物理特性、測量允許時間、測量精度要求以及經(jīng)費情況等方面進行綜合考慮，結(jié)合現(xiàn)有的儀器、設備條件，擇優(yōu)選取合適的測量方法。第十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日1.絕對誤差（1）定義式：Δx＝測量值x–真值A0A0：用高級標準器具的測量值A（實際值）代替。計算式：Δx=測量值x–實際值AΔx正負號表示：x偏離A的方向，即偏大或偏??；Δx大小表示：x偏離A的程度。

1.2測量誤差的基本概念測量誤差：測量值與被測量真值之間的差異1.2.1測量誤差的表示方法(3種）第十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日（2）修正值：C

=–Δx=A–x→A=C+ΔxC常在用高級標準儀器對測量儀器校準時給出，給出的方式為數(shù)值、一條曲線、一張表格。絕對誤差的缺點：雖然絕對誤差可以說明測量結(jié)果偏離實際值的情況，但不能確切反映測量結(jié)果偏離實際值的程度。2.相對誤差反映測量結(jié)果偏離實際值的程度（1）實際相對誤差：（2）示值相對誤差：第十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日【例1–1】用電壓表校準萬用表時測得的兩個電壓值是100V、50V，而用萬用表測得的值分別是90V、40V，求兩次測量的絕對誤差、修正值、實際相對誤差分別是多少？解：根據(jù)題意知，UA1=100V，UA2=50V，

Ux1=90V，Ux2=40V。第一次測量：ΔU1=90V–100V=–10VC1=–ΔU1=10VγA1=ΔU1/UA1×100%=-10V/100V×100%=-10%

第二次測量：ΔU2=40V–50V=–10VC2=–ΔU2=10VγA2=ΔU2/UA2×100%=-10V/50V×100%=-20%

結(jié)論：第一次測量要比第二次測量準確。第十六頁，共二十七頁，2022年，8月28日練習：多級彈道火箭的射程為1萬公里，其射擊偏離預定點不超過0.1公里，優(yōu)秀射手能在50米遠處準確射擊，偏離不超過2cm，試問哪一個射擊精度高？第十七頁，共二十七頁，2022年，8月28日（3）滿度相對誤差：xm：儀器滿度值。用途：描述電工儀表的準確度等級指針式電工儀表準確度等級：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共七級。電工儀表準確度等級意義：儀表滿度相對誤差所不超過的百分比。注意：在無標準儀表比對的情況下，不可能確定測量值偏離方向，所以應帶有“±”號。結(jié)論：Δxm＝xmγm；實測絕對誤差Δx滿足：；一般情況下，應盡量使指針處在儀表滿度值的2/3以上區(qū)域。第十八頁，共二十七頁，2022年，8月28日【例1–2】要測量40V左右的電壓，有兩塊電壓表：量程為50V、1.5級，量程為100V、1.0級，問應選用哪一塊表測量比較合適？解：第一塊表：ΔU1≤50V×(±1.5%)=±0.75V

第二塊表：ΔU2≤100V×(±1.0%)=±1.0V答：選用第一塊表。3.容許誤差（極限誤差或儀器誤差）定義：人為規(guī)定的某類儀器測量時不能超過的測量誤差的極限值。表示：絕對誤差、相對誤差或二者的結(jié)合。第十九頁，共二十七頁，2022年，8月28日1.2.2測量誤差的來源（1）儀器誤差：儀器本身及其附件的電氣和機械性能不完善而引起。（2）使用誤差（操作誤差）：由于安裝、調(diào)節(jié)、使用不當?shù)仍蛞鸬恼`差。（3）人身誤差：人為原因引起的誤差。（4）環(huán)境誤差（影響誤差）：由于受到外界的溫度、濕度、氣壓、震動等影響產(chǎn)生的誤差。（5）方法誤差（理論誤差）：由于測量時使用方法不完善、所依據(jù)理論不嚴格等原因引起的誤差。第二十頁，共二十七頁，2022年，8月28日1.2.3測量誤差的分類1.系統(tǒng)誤差（系差）（1）定義：對同一量進行多次測量，測量誤差能夠保持恒定或按照某種規(guī)律變化的誤差。（2）分類與判斷分類：恒定系差、變值系差恒定系差：大小及符號始終保持恒定不變。變值系差：大小及符號會按累進性規(guī)律、周期性規(guī)律或某復雜規(guī)律變化。系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)和判斷方法：用理論分析法、校準和比對法、改變測量條件法、公式判斷法，比較簡單的是剩余誤差觀察法。(圖1.3）第二十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日（3）系差與測量的關系系差表明測量結(jié)果偏離真值或?qū)嶋H值的程度。系統(tǒng)誤差越小，測量準確度越高。系差通常能夠出現(xiàn)在最終的測量結(jié)果中。（4）減小系統(tǒng)誤差的方法產(chǎn)生因素：對測量影響顯著的因素。減小措施：測量之前；測量中采用零示法、替代法、交換法、微差法；測量后引入修正值加以抵消或削弱。第二十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日零示法定義：使被測量對指示儀表的作用與某已知的標準量對它的作用相互平衡以使指示儀表示零，這時被測量等于已知的標準量。優(yōu)點：可以消除指示儀表不準而造成的誤差。替代法（置換法）定義：在測量條件不變情況下，用一已知標準量去代替被測量，并調(diào)整標準量使儀器的示值不變，此種情況下，被測量等于調(diào)整后的標準量。優(yōu)點：消除儀器誤差和其他造成系統(tǒng)誤差的因素對測量結(jié)果的影響。第二十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日交換法（對照法）

定義：交換被測量在測量系統(tǒng)中的位置或測量方向，取兩次測量值的平均值作為測量結(jié)果。優(yōu)點：交換法將大大削弱系統(tǒng)誤差的影響。微差法（虛零法或差值比較法）定義：實質(zhì)上是一種不徹底的零示法。微差法允許標準量s與被測量x的效應不完全抵消，而是相差一微小量δ，測得δ＝x–s，即可得x=s+δ

優(yōu)點：可以忽略儀表產(chǎn)生的偏差。第二十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日2.隨機誤差（偶然誤差、殘差、隨差）定義：在一系列重復測量中，每次測量結(jié)果出現(xiàn)無規(guī)律隨機變化的誤差。與測量關系：反映測量結(jié)果離散性，即隨機誤差越小，測量精密度越高。精密度與準確度無關。產(chǎn)生因素：影響微弱、變化復雜而又互不相關的多種因素共同造成。規(guī)律：服從統(tǒng)計規(guī)律，即單峰性、對稱性、低償性、有界性。減小措施：多次測量求平均特點：隨機誤差可以出現(xiàn)在單次測量結(jié)果中，一般不會出現(xiàn)在最終結(jié)